Tường chèn có ảnh hưởng lớn tới phản ứng của hệ kết cấu khung bê tông cốt thép (BTCT) chịu động đất. Tuy vậy trong TCVN 9386:2012, vấn đề này vẫn chưa được đề cập tới một cách cụ thể, đặc biệt khi cho phép hệ kết cấu làm việc sau đàn hồi. Nội dung của bài báo giới thiệu một mô hình ứng xử phi tuyến của các tường chèn được nhóm tác giả thiết lập và ứng dụng để đánh giá phản ứng của khung BTCT khi có xét tới tương tác với tường chèn. Kết quả phân tích tĩnh phi tuyến cho thấy, các tường chèn có khả năng làm công trình bị sụp đổ đột ngột và làm sai lệch ý đồ của người thiết kế.
Tường chèn có ảnh hưởng lớn tới phản ứng của hệ kết cấu khung bê tông cốt thép (BTCT) chịu động đất. Tuy vậy trong TCVN 9386:2012, vấn đề này vẫn chưa được đề cập tới một cách cụ thể, đặc biệt khi cho phép hệ kết cấu làm việc sau đàn hồi. Nội dung của bài báo giới thiệu một mô hình ứng xử phi tuyến của các tường chèn được nhóm tác giả thiết lập và ứng dụng để đánh giá phản ứng của khung BTCT khi có xét tới tương tác với tường chèn. Kết quả phân tích tĩnh phi tuyến cho thấy, các tường chèn có khả năng làm công trình bị sụp đổ đột ngột và làm sai lệch ý đồ của người thiết kế. dưới tác động động đất. Các kết quả nghiên cứu đều cho thấy, dưới tác động tải trọng ngang, các tường chèn làm gia tăng độ cứng, độ bền, khả năng phân tán năng lượng… của hệ khung chịu lực. Các kết quả nghiên cứu cũng cho phép chúng ta hiểu sâu hơn ứng xử của hệ khung chèn trong các giai đoạn chất tải khác nhau, từ đó nhiều mô hình tính toán hệ kết cấu hỗn hợp này đã được đề xuất, đặc biệt trong giai đoạn làm việc đàn hồi.
Hiện nay, quan niệm thiết kế kháng chấn các công trình xây dựng đã có nhiều thay đổi, chuyển từ việc thiết kế để bảo vệ công trình sang thiết kế để bảo vệ trực tiếp sinh mạng con người và của cải vật chất xã hội. Các công trình xây dựng được phép làm việc sau đàn hồi, miễn là không bị sụp đổ đột ngột dưới tác động động đất mạnh. Trong bối cảnh này, việc nghiên cứu ứng xử phi tuyến của tường chèn và sự tương tác giữa chúng với hệ khung bao quanh trong các giai đoạn làm việc khác nhau dưới tác động ngang là hết sức cần thiết.
Các nội dung sau đây sẽ giới thiệu một số kết quả nghiên cứu về mô hình ứng xử phi tuyến của tường chèn trong khung và ảnh hưởng của tường chèn tới phản ứng của hệ kết cấu khung BTCT chịu động đất được thiết kế theo quan niệm hiện đại.
2. Mô hình hóa ứng xử của hệ kết cấu khung bê tông cốt thép và tường chèn chèn
2.1. Mô hình hóa ứng xử hệ kết cấu khung bê tông cốt thép
Trong bài báo này tác giả sử dụng phương pháp phân tích tĩnh phi tuyến để thực hiện mục tiêu nghiên cứu. Phương pháp phân tích này cho phép đánh giá được công năng của hệ kết cấu khung trong các giai đoạn làm việc khác nhau dưới tác động của các lực quán tính do động đất gây ra cho tới khi đạt chuyển vị mục tiêu với độ tin cậy cao. Việc phân tích hệ kết cấu được thực hiện với các đặc trưng lực – biến dạng của các vật liệu và cấu kiện khung được đưa trực tiếp vào mô hình toán học. Đối với các vật liệu, ứng xử của bê tông chịu nén được biểu thị qua đồ thị parabol – chữ nhật, còn cốt thép qua đồ thị đàn hồi – biến cứng theo tiêu chuẩn Eurocode 2 [3]. Đối với các cấu kiện dầm và cột khung, ứng xử phi tuyến của chúng được mô tả theo giả thiết chảy dẻo tập trung tại các khớp dẻo uốn ở đầu mút các thanh đàn hồi. Các đặc trưng khớp dẻo được xác định qua quan hệ phi tuyến tổng quát là mômen uốn (M) – chuyển vị xoay (θ), sử dụng các đặc tính vật liệu và hàm lượng cốt thép tại các tiết diện của dầm hoặc cột tương ứng (Hình 1). Các độ cứng đàn hồi và giá trị các thông số a, b và c được dùng để mô hình hóa các cấu kiện được lấy theo ASCE 41-13 [2]. Các tiêu chí chấp nhận cho các biến dạng tương ứng với các cấp công năng mục tiêu của nhà ở trạng thái làm việc bình thường (điểm IO-Immediate Occupancy), kiểm soát hư hỏng (điểm LS-Life Safty) và ngăn ngừa sụp đổ (điểm CP-Collapse Prevention) cũng được thể hiện trong Hình 1 [2]. Các cấp công năng thường được biểu thị qua tỷ lệ phần trăm chiều cao công trình. Theo FEMA 356 (2000), tỷ lệ này cho các cấp công năng, tương ứng bằng 1%, 2% và 4% ở trạng thái IO, LS và CP [5].
2.2. Mô hình ứng xử phi tuyến các tường chèn
2.2.1. Ứng xử phi tuyến của các tường chèn
Các tài liệu khoa học chuyên ngành trong gần 70 năm qua đã giới thiệu nhiều mô hình mô phỏng ứng xử của tường chèn trong hệ kết cấu khung BTCT chịu tác động ngang trong giai đoạn đàn hồi. Khi gia tăng tải trọng ngang, phản